(57)【要約】【課題】  ３次元航空測量データから個々の樹木の３次元数値化モデルを得る。【解決手段】  ３次元座標算出装置（３２）は、航空測量データから、地面上の樹木の３次元位置を示すＤＳＭデータと、地面の３次元位置を示すＤＴＭデータを算出し、記憶装置３４に格納する。梢端抽出装置（３６）は、ＤＳＭデータから梢端（３４ｃ）を抽出する。樹頂抽出装置（３８）は、梢端（３４ｃ）から樹頂を抽出する。樹高算出装置（４０）は、樹頂（３４ｄ）とＤＴＭデータとから当該樹頂（３４ｄ）の樹高を算出する。樹冠抽出装置（４２）は、ＤＳＭデータと当該樹頂抽出装置（３８）で抽出される樹頂とから、各樹頂に対する樹冠を抽出する。【選択図】  図１
2007198760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹木及び地面の３次元位置を示すデータ群から当該樹木を抽出する方法であって、
地面上の樹木の３次元位置を示すＤＳＭデータ（３４ａ）から当該樹木の梢端（３４ｃ）を抽出する梢端抽出ステップ（３６）と、
当該梢端（３４ｃ）から樹頂（３４ｄ）を抽出する樹頂抽出ステップ（３８）と、
当該樹頂（３４ｄ）の標高と、地面の３次元位置を示すＤＴＭデータ（３４ｂ）とから当該樹頂（３４ｄ）の樹高を算出する樹高算出ステップ（４０）と、
当該樹頂抽出ステップ（３８）で抽出される樹頂と、当該ＤＳＭデータとから、各樹頂に対する樹冠を抽出する樹冠抽出ステップ（４２）
とを具備することを特徴とする樹木抽出方法。
【請求項２】
当該梢端抽出ステップが、水平方向の所定タイルサイズで区切られたタイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とするステップ（Ｓ６）を含むことを特徴とする請求項１に記載の樹木抽出方法。
【請求項３】
当該梢端抽出ステップが、当該タイルの複数のタイルサイズについて、最高標高を示すＤＳＭデータを探索するステップ（Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７）を含むことを特徴とする請求項２に記載の樹木抽出方法。
【請求項４】
当該梢端抽出ステップが、
当該ＤＳＭデータを第１のタイルサイズのタイルに区分するステップ（Ｓ５）と、
当該第１のタイルサイズで区分される各タイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とするステップ（Ｓ６）と、
当該ＤＳＭデータを第１のタイルサイズとは異なる第２のタイルサイズで区分するステップ（Ｓ７，Ｓ５）と、
当該第２のタイルサイズで区分される各タイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とするステップ（Ｓ６）
とを具備することを特徴とする請求項１に記載の樹木抽出方法。
【請求項５】
当該樹頂抽出ステップが、
当該梢端抽出ステップ（３６）で抽出される複数の梢端から注目梢端を選択する選択ステップ（Ｓ１１）と、
当該梢端抽出ステップ（３６）で抽出される複数の梢端の内で、当該注目梢端から所定距離（Ｄ）内にある梢端を探索する探索ステップ（Ｓ１２）と、
当該注目梢端、及び当該探索ステップ（Ｓ１２）で探索された梢端の中で最高標高の梢端を樹頂と判定するステップ（Ｓ１３）と、
当該梢端抽出ステップ（３６）で抽出される複数の梢端から当該注目梢端を更新する更新ステップ（Ｓ１４）
とを具備することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の樹木抽出方法。
【請求項６】
当該樹冠抽出ステップが、当該樹頂（３４ｄ）から複数方向への落水線探索により樹冠の底辺を探索し、もって、各樹頂に対する樹冠を抽出することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の樹木抽出方法。
【請求項７】
更に、当該ＤＳＭデータ及びＤＴＭデータを収集するステップを具備することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の樹木抽出方法。
【請求項８】
当該ＤＳＭデータが、所定メッシュサイズの水平位置に配置されるＤＳＭメッシュデータであり、当該ＤＴＭデータが、当該所定メッシュサイズの水平位置に配置されるＤＴＭメッシュデータであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の樹木抽出方法。
【請求項９】
樹木及び地面の３次元位置を示すデータ群から当該樹木を抽出する装置であって、
地面の３次元位置を示すＤＴＭデータ、及び当該地面上の樹木の３次元位置を示すＤＳＭデータを記憶する記憶装置（３４）と、
当該ＤＳＭデータから当該樹木の梢端（３４ｃ）を抽出する梢端抽出装置（３６）と、
当該梢端（３４ｃ）から樹頂を抽出する樹頂抽出装置（３８）と、
当該樹頂（３４ｄ）の標高と当該ＤＴＭデータから当該樹頂（３４ｄ）の樹高を算出する樹高算出装置（４０）と、
当該樹頂抽出装置（３８）で抽出される樹頂と、当該ＤＳＭデータとから、各樹頂に対する樹冠を抽出する樹冠抽出装置（４２）
とを具備することを特徴とする樹木抽出装置。
【請求項１０】
当該梢端抽出装置（３６）が、水平方向の所定タイルサイズで区切られたタイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とすることを特徴とする請求項９に記載の樹木抽出装置。
【請求項１１】
当該梢端抽出装置（３６）が、当該タイルの複数のタイルサイズについて、最高標高を示すＤＳＭデータを探索することを特徴とする請求項１０に記載の樹木抽出装置。
【請求項１２】
当該樹頂抽出装置が、
当該梢端抽出装置（３６）で抽出される複数の梢端から順次、選択される注目梢端について、当該注目梢端から所定距離（Ｄ）内にある梢端の内で最高標高の梢端を樹頂と判定することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１項に記載の樹木抽出装置。
【請求項１３】
当該樹冠抽出装置が、当該樹頂（３４ｄ）から複数方向への落水線探索により樹冠の底辺を探索し、もって、各樹頂に対する樹冠を抽出することを特徴とする請求項９乃至１２の何れか１項に記載の樹木抽出装置。
【請求項１４】
当該ＤＳＭデータが、所定メッシュサイズの水平位置に配置されるＤＳＭメッシュデータであり、当該ＤＴＭデータが、当該所定メッシュサイズの水平位置に配置されるＤＴＭメッシュデータであることを特徴とする請求項９乃至１３の何れか１項に記載の樹木抽出装置。
【請求項１５】
樹木及び地面の３次元位置を示すデータ群から当該樹木を抽出するプログラムであって、
コンピュータに地面上の樹木の３次元位置を示すＤＳＭデータから当該樹木の梢端（３４ｃ）を抽出させる梢端抽出機能（３６）と、
当該コンピュータに当該梢端（３４ｃ）から樹頂を抽出させる樹頂抽出機能（３８）と、
当該コンピュータに、当該樹頂（３４ｄ）の標高と、地面の３次元位置を示すＤＴＭデータとから当該樹頂（３４ｄ）の樹高を算出させる樹高算出機能（４０）と、
当該コンピュータに、当該樹頂抽出機能（３８）で抽出される樹頂と、当該ＤＳＭデータとから、各樹頂に対する樹冠を抽出させる樹冠抽出機能（４２）
とを具備することを特徴とする樹木抽出プログラム。
【請求項１６】
当該梢端抽出機能が、水平方向の所定タイルサイズで区切られたタイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とする機能（Ｓ６）を含むことを特徴とする請求項１５に記載の樹木抽出プログラム。
【請求項１７】
当該梢端抽出機能が、当該タイルの複数のタイルサイズについて、最高標高を示すＤＳＭデータを探索する機能（Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７）を含むことを特徴とする請求項１６に記載の樹木抽出プログラム。
【請求項１８】
当該梢端抽出機能が、
当該ＤＳＭデータを第１のタイルサイズのタイルに区分する機能（Ｓ５）と、
当該第１のタイルサイズで区分される各タイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とする機能（Ｓ６）と、
当該ＤＳＭデータを第１のタイルサイズとは異なる第２のタイルサイズで区分する機能（Ｓ７，Ｓ５）と、
当該第２のタイルサイズで区分される各タイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とする機能（Ｓ６）
とを具備することを特徴とする請求項１５に記載の樹木抽出プログラム。
【請求項１９】
当該樹頂抽出機能が、
当該梢端抽出機能（３６）で抽出される複数の梢端から注目梢端を選択する選択機能（Ｓ１１）と、
当該梢端抽出機能（３６）で抽出される複数の梢端の内で、当該注目梢端から所定距離（Ｄ）内にある梢端を探索する探索機能（Ｓ１２）と、
当該注目梢端、及び当該探索機能（Ｓ１２）で探索された梢端の中で最高標高の梢端を樹頂と判定する機能（Ｓ１３）と、
当該梢端抽出機能（３６）で抽出される複数の梢端から当該注目梢端を更新する更新機能（Ｓ１４）
とを具備することを特徴とする請求項１５乃至１８の何れか１項に記載の樹木抽出プログラム。
【請求項２０】
当該樹冠抽出機能が、当該樹頂（３４ｄ）から複数方向への落水線探索により樹冠の底辺を探索し、もって、各樹頂に対する樹冠を抽出することを特徴とする請求項１５乃至１９の何れか１項に記載の樹木抽出プログラム。
【請求項２１】
当該ＤＳＭデータが、所定メッシュサイズの水平位置に配置されるＤＳＭメッシュデータであり、当該ＤＴＭデータが、当該所定メッシュサイズの水平位置に配置されるＤＴＭメッシュデータであることを特徴とする請求項１５乃至２０の何れか１項に記載の樹木抽出プログラム。
【請求項２２】
樹林表面の３次元位置を示すＤＳＭデータから樹頂を探索する方法であって、
当該ＤＳＭデータ（３４ａ）から当該樹木の梢端（３４ｃ）を抽出する梢端抽出ステップ（３６）と、
当該梢端抽出ステップ（３６）で抽出される複数の梢端から注目梢端を選択する選択ステップ（Ｓ１１）と、
当該梢端抽出ステップ（３６）で抽出される複数の梢端の内で、当該注目梢端から所定距離（Ｄ）内にある梢端を探索する探索ステップ（Ｓ１２）と、
当該注目梢端、及び当該探索ステップ（Ｓ１２）で探索された梢端の中で最高標高の梢端を樹頂と判定するステップ（Ｓ１３）と、
当該梢端抽出ステップ（３６）で抽出される複数の梢端から当該注目梢端を更新する更新ステップ（Ｓ１４）
とを具備し、
当該梢端抽出ステップが、水平方向の所定タイルサイズで区切られたタイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とするステップ（Ｓ６）を含む
ことを特徴とする樹頂探索方法。
【請求項２３】
当該梢端抽出ステップが、当該タイルの複数のタイルサイズについて、最高標高を示すＤＳＭデータを探索するステップ（Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７）を含むことを特徴とする請求項２２に記載の樹頂探索方法。
【請求項２４】
樹林表面の３次元位置を示すＤＳＭデータから樹頂を探索する方法であって、
当該ＤＳＭデータ（３４ａ）から当該樹木の梢端（３４ｃ）を抽出する梢端抽出ステップ（３６）と、
当該梢端抽出ステップ（３６）で抽出される複数の梢端から注目梢端を選択する選択ステップ（Ｓ１１）と、
当該梢端抽出ステップ（３６）で抽出される複数の梢端の内で、当該注目梢端から所定距離（Ｄ）内にある梢端を探索する探索ステップ（Ｓ１２）と、
当該注目梢端、及び当該探索ステップ（Ｓ１２）で探索された梢端の中で最高標高の梢端を樹頂と判定するステップ（Ｓ１３）と、
当該梢端抽出ステップ（３６）で抽出される複数の梢端から当該注目梢端を更新する更新ステップ（Ｓ１４）
とを具備し、
当該梢端抽出ステップが、
当該ＤＳＭデータを第１のタイルサイズのタイルに区分するステップ（Ｓ５）と、
当該第１のタイルサイズで区分される各タイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とするステップ（Ｓ６）と、
当該ＤＳＭデータを第１のタイルサイズとは異なる第２のタイルサイズで区分するステップ（Ｓ７，Ｓ５）と、
当該第２のタイルサイズで区分される各タイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とするステップ（Ｓ６）
とを具備することを特徴とする樹頂探索方法。
【請求項２５】
当該ＤＳＭデータが、所定メッシュサイズの水平位置に配置されるＤＳＭメッシュデータであることを特徴とする請求項２２乃至２４の何れか１項に記載の樹頂探索方法。
【請求項２６】
樹林表面の３次元位置を示すＤＳＭデータから樹頂を探索する装置であって、
当該ＤＳＭデータを記憶する記憶装置（３４）と、
当該ＤＳＭデータから当該樹木の梢端（３４ｃ）を抽出する梢端抽出装置（３６）であって、水平方向の所定タイルサイズで区切られたタイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とする梢端抽出装置（３６）と、
当該梢端抽出装置（３６）で抽出される複数の梢端から順次、選択される注目梢端について、当該注目梢端から所定距離（Ｄ）内にある梢端の内で最高標高の梢端を樹頂と判定する樹頂抽出装置（３８）
とを具備することを特徴とする樹頂探索装置。
【請求項２７】
当該梢端抽出装置（３６）が、当該タイルの複数のタイルサイズについて、最高標高を示すＤＳＭデータを探索することを特徴とする請求項２６に記載の樹頂探索装置。
【請求項２８】
当該ＤＳＭデータが、所定メッシュサイズの水平位置に配置されるＤＳＭメッシュデータであることを特徴とする請求項２６又は２７に記載の樹頂探索装置。
【請求項２９】
樹林表面の３次元位置を示すＤＳＭデータから樹頂を探索するプログラムであって、
コンピュータに当該ＤＳＭデータから樹木の梢端（３４ｃ）を抽出させる梢端抽出機能（３６）と、
当該コンピュータに当該梢端抽出機能（３６）で抽出される複数の梢端から注目梢端を選択させる選択機能（Ｓ１１）と、
当該コンピュータに、当該梢端抽出機能（３６）で抽出される複数の梢端の内で、当該注目梢端から所定距離（Ｄ）内にある梢端を探索させる探索機能（Ｓ１２）と、
当該コンピュータに、当該注目梢端、及び当該探索機能（Ｓ１２）で探索された梢端の中で最高標高の梢端を樹頂と判定させる機能（Ｓ１３）と、
当該コンピュータに、当該梢端抽出機能（３６）で抽出される複数の梢端から当該注目梢端を更新させる更新機能（Ｓ１４）
とを具備し、
当該梢端抽出機能が、水平方向の所定タイルサイズで区切られたタイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とする機能（Ｓ６）を含むことを特徴とする樹頂探索プログラム。
【請求項３０】
当該梢端抽出機能が、当該タイルの複数のタイルサイズについて、最高標高を示すＤＳＭデータを探索する機能（Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７）を含むことを特徴とする請求項２９に記載の樹頂探索プログラム。
【請求項３１】
樹林表面の３次元位置を示すＤＳＭデータから樹頂を探索するプログラムであって、
コンピュータに当該ＤＳＭデータから樹木の梢端（３４ｃ）を抽出させる梢端抽出機能（３６）と、
当該コンピュータに、当該梢端抽出機能（３６）で抽出される複数の梢端の内で、当該注目梢端から所定距離（Ｄ）内にある梢端を探索させる探索機能（Ｓ１２）と、
当該コンピュータに、当該注目梢端、及び当該探索機能（Ｓ１２）で探索された梢端の中で最高標高の梢端を樹頂と判定させる機能（Ｓ１３）と、
当該コンピュータに、当該梢端抽出機能（３６）で抽出される複数の梢端から当該注目梢端を更新させる更新機能（Ｓ１４）
とを具備し、
当該梢端抽出機能が、
当該ＤＳＭデータを第１のタイルサイズのタイルに区分する機能（Ｓ５）と、
当該第１のタイルサイズで区分される各タイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とする機能（Ｓ６）と、
当該ＤＳＭデータを第１のタイルサイズとは異なる第２のタイルサイズで区分する機能（Ｓ７，Ｓ５）と、
当該第２のタイルサイズで区分される各タイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とする機能（Ｓ６）
とを具備することを特徴とする樹頂探索プログラム。
【請求項３２】
当該ＤＳＭデータが、所定メッシュサイズの水平位置に配置されるＤＳＭメッシュデータであることを特徴とする請求項２９乃至３１の何れか１項に記載の樹頂探索プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプリングされた３次元データから樹木を抽出する方法、装置及びプログラムに関し、より具体的には、個々の樹木の３次元数値化モデルを得る方法、装置及びプログラム並びに、そのための樹頂探索方法、装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、空中レーザ計測技術の発達により、詳細かつ高精度な３次元地形情報を比較的容易に入手できるようになった（特許文献１参照）。例えば、１つのレーザパルスに対して、途中で反射される反射パルス（ファーストパルスと呼ばれる）と最終的に地上面で反射されるパルス（ラストパルスと呼ばれる。）の両方で距離を計測できるレーザ測距装置が実用化されている。
【０００３】
このようなレーザ測距装置でレーザビームを走査できる走査式のものと、ヘリコプタの３次元位置を計測するためのＧＰＳ受信器と、ヘリコプタの姿勢（ロール、ピッチ及びヨー角）を計測するジャイロとをヘリコプタに搭載して、樹林地帯の上空から地上にレーザ光を照射することで、地上面と樹冠の３次元座標を同時に計測できる。
【０００４】
本明細書では、建物や樹木などの地物を含めた地形データをＤＳＭ(Digital Surface Model)データと呼び、地物を除外した地形データ、即ち地面の地形データをＤＴＭ（Digital Terrain Model）データと呼ぶ。ＤＳＭデータからＤＴＭデータを作成できる（特許文献２）。
【０００５】
ＤＳＭデータ及びＤＴＭデータは、一定間隔、例えば、０．２５ｍ×0.２５ｍ乃至５ｍ×５ｍ等の格子状にメッシュ化されたデータ形式に変換しておくと、後の処理が容易になる。このようにメッシュ化されたＤＳＭデータをＤＳＭメッシュデータと呼び、メッシュ化されたＤＴＭデータをＤＴＭメッシュデータと呼ぶ。レーザ航空測量では、メッシュサイズより小さい間隔で多数のサンプル点を計測できるので、メッシュ化された３次元位置データでも、精度が損なわれることは少ない。
【０００６】
樹林の個々の樹木を分離し識別できると、樹林の管理が容易になる。樹木単位の経年管理も可能になる。
【０００７】
樹木群を上空から撮像したステレオペア画像又はレーザ標高データから、独立樹木を抽出しモデリングする方法が、特許文献３，４に記載されている。
【０００８】
特許文献５には、森林地域を上空から撮影して得た森林画像と、標高情報とから、森林材積を算出するシステムが記載されている。この文献には、樹冠形状範囲内の標高情報のうちの最大値を抽出して当該樹冠の標高とすることが記載されている。
【特許文献１】特開２００４−１７０４２９号公報
【特許文献２】特開２００５−２０２５１０号公報
【特許文献３】特開２００４−３６１０９４号公報
【特許文献４】特開２００４−３６１１８５号公報
【特許文献５】特開２００３−３４４０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献３，４に記載の方法は樹冠と各標高の等高線とから独立樹木をモデリングするものであり、膨大な計算を必要とする。
【００１０】
本発明は、より少ない計算量で個々の樹木の数値化モデルを得ることができる樹木抽出方法、装置及びプログラムを提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る樹木抽出方法は、樹木及び地面の３次元位置を示すデータ群から当該樹木を抽出する方法であって、地面上の樹木の３次元位置を示すＤＳＭデータから当該樹木の梢端を抽出する梢端抽出ステップと、当該梢端から樹頂を抽出する樹頂抽出ステップと、当該樹頂の標高と、地面の３次元位置を示すＤＴＭデータとから当該樹頂の樹高を算出する樹高算出ステップと、当該樹頂抽出ステップで抽出される樹頂と、当該ＤＳＭデータとから、各樹頂に対する樹冠を抽出する樹冠抽出ステップとを具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る樹木抽出装置は、樹木及び地面の３次元位置を示すデータ群から当該樹木を抽出する装置であって、地面の３次元位置を示すＤＴＭデータ、及び当該地面上の樹木の３次元位置を示すＤＳＭデータを記憶する記憶装置と、当該ＤＳＭデータから当該樹木の梢端を抽出する梢端抽出装置と、当該梢端から樹頂を抽出する樹頂抽出装置と、当該樹頂の標高と当該ＤＴＭデータから当該樹頂の樹高を算出する樹高算出装置と、当該樹頂抽出装置で抽出される樹頂と、当該ＤＳＭデータとから、各樹頂に対する樹冠を抽出する樹冠抽出装置とを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る樹木抽出プログラムは、樹木及び地面の３次元位置を示すデータ群から当該樹木を抽出するプログラムであって、コンピュータに地面上の樹木の３次元位置を示すＤＳＭデータから当該樹木の梢端を抽出させる梢端抽出機能と、当該コンピュータに当該梢端から樹頂を抽出させる樹頂抽出機能と、当該コンピュータに、当該樹頂の標高と、地面の３次元位置を示すＤＴＭデータとから当該樹頂の樹高を算出させる樹高算出機能と、当該コンピュータに、当該樹頂抽出機能で抽出される樹頂と、当該ＤＳＭデータとから、各樹頂に対する樹冠を抽出させる樹冠抽出機能とを具備することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る樹頂探索方法は、樹林表面の３次元位置を示すＤＳＭデータから樹頂を探索する方法であって、当該ＤＳＭデータから当該樹木の梢端を抽出する梢端抽出ステップと、当該梢端抽出ステップで抽出される複数の梢端から注目梢端を選択する選択ステップと、当該梢端抽出ステップで抽出される複数の梢端の内で、当該注目梢端から所定距離内にある梢端を探索する探索ステップと、当該注目梢端、及び当該探索ステップで探索された梢端の中で最高標高の梢端を樹頂と判定するステップと、当該梢端抽出ステップで抽出される複数の梢端から当該注目梢端を更新する更新ステップとを具備し、当該梢端抽出ステップが、水平方向の所定タイルサイズで区切られたタイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とするステップを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る樹頂探索方法は、樹林表面の３次元位置を示すＤＳＭデータから樹頂を探索する方法であって、当該ＤＳＭデータから当該樹木の梢端を抽出する梢端抽出ステップと、当該梢端抽出ステップで抽出される複数の梢端から注目梢端を選択する選択ステップと、当該梢端抽出ステップで抽出される複数の梢端の内で、当該注目梢端から所定距離内にある梢端を探索する探索ステップと、当該注目梢端、及び当該探索ステップで探索された梢端の中で最高標高の梢端を樹頂と判定するステップと、当該梢端抽出ステップで抽出される複数の梢端から当該注目梢端を更新する更新ステップとを具備し、当該梢端抽出ステップが、当該ＤＳＭデータを第１のタイルサイズのタイルに区分するステップと、当該第１のタイルサイズで区分される各タイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とするステップと、当該ＤＳＭデータを第１のタイルサイズとは異なる第２のタイルサイズで区分するステップと、当該第２のタイルサイズで区分される各タイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とするステップとを具備することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る樹頂探索装置は、樹林表面の３次元位置を示すＤＳＭデータから樹頂を探索する装置であって、当該ＤＳＭデータを記憶する記憶装置と、当該ＤＳＭデータから当該樹木の梢端を抽出する梢端抽出装置であって、水平方向の所定タイルサイズで区切られたタイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とする梢端抽出装置と、当該梢端抽出装置で抽出される複数の梢端から順次、選択される注目梢端について、当該注目梢端から所定距離内にある梢端の内で最高標高の梢端を樹頂と判定する樹頂抽出装置とを具備することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る樹頂探索プログラムは、樹林表面の３次元位置を示すＤＳＭデータから樹頂を探索するプログラムであって、コンピュータに当該ＤＳＭデータから樹木の梢端を抽出させる梢端抽出機能と、当該コンピュータに当該梢端抽出機能で抽出される複数の梢端から注目梢端を選択させる選択機能と、当該コンピュータに、当該梢端抽出機能で抽出される複数の梢端の内で、当該注目梢端から所定距離内にある梢端を探索させる探索機能と、当該コンピュータに、当該注目梢端、及び当該探索機能で探索された梢端の中で最高標高の梢端を樹頂と判定させる機能と、当該コンピュータに、当該梢端抽出機能で抽出される複数の梢端から当該注目梢端を更新させる更新機能とを具備し、当該梢端抽出機能が、水平方向の所定タイルサイズで区切られたタイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とする機能を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る樹頂探索プログラムは、樹林表面の３次元位置を示すＤＳＭデータから樹頂を探索するプログラムであって、コンピュータに当該ＤＳＭデータから樹木の梢端を抽出させる梢端抽出機能と、当該コンピュータに、当該梢端抽出機能で抽出される複数の梢端の内で、当該注目梢端から所定距離内にある梢端を探索させる探索機能と、当該コンピュータに、当該注目梢端、及び当該探索機能で探索された梢端の中で最高標高の梢端を樹頂と判定させる機能と、当該コンピュータに、当該梢端抽出機能で抽出される複数の梢端から当該注目梢端を更新させる更新機能とを具備し、当該梢端抽出機能が、当該ＤＳＭデータを第１のタイルサイズのタイルに区分する機能と、当該第１のタイルサイズで区分される各タイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とする機能と、当該ＤＳＭデータを第１のタイルサイズとは異なる第２のタイルサイズで区分する機能と、当該第２のタイルサイズで区分される各タイル内で最高標高を示すＤＳＭデータを梢端とする機能とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、個々の樹木を効率的に調査でき、その位置測定とボリューム測定の精度が向上する。即ち、基礎データ収集作業を省力化できる。また、個々の樹木と林分の座標管理が容易になり、樹木単位の経年管理が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００２２】
ヘリコプタ１０に、樹林地帯の梢端と地上面までの距離を同時に計測可能なレーザ測距装置１２、ヘリコプタ１０の姿勢（ロー角、ピッチ角及びヨー角）を計測するジャイロ１６、ヘリコプタ１０の３次元位置を計測するＧＰＳ（Global Positioning System）受信装置１８、及びこれらの計測データを記録する記録再生装置２０を搭載し、対象地域上を飛行して、地表を３次元計測する。記録再生装置２０は、記録媒体２２に計測データを記録再生する。
【００２３】
勿論、対象地域を事後に画像で確認できるように、ビデオカメラをヘリコプタ１０に搭載して、対象地域を撮影しておくのが好ましい。
【００２４】
レーザ測距装置１２は、レーザビームを走査可能な、いわゆるスキャン式レーザ測距装置であり、地上に照射したレーザパルスに対する最初の反射パルス（いわゆるファーストパルス）とこれに遅れる反射パルス（いわゆるラストパルス）で複数のレーザ反射点までの距離を同時に計測する能力を具備する。ファーストパルスは、半透過の地物、特に樹木による部分的な反射を示し、ラストパルスは、レーザを透過しない建物による反射と地面の反射を示す。これにより、簡易的に、ＤＳＭデータの基礎となる距離データと、ＤＴＭデータの基礎になる距離データを収集できる。レーザ測距装置１２は、計測される距離データとそのレーザ照射角度を、記録再生装置２０に出力する。
【００２５】
ジャイロ１６は、ヘリコプタ１０の姿勢（ロー角、ピッチ角及びヨー角）を計測し、計測角度を記録再生装置２０に出力する。また、ＧＰＳ受信装置１８は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して、地球座標系で見たヘリコプタ１０の３次元位置データを記録再生装置２０に出力する。ジャイロ１６の計測データは、ヘリコプタ１０の姿勢変動によるレーザ測距装置１２の測定点（レーザ反射点）の計測位置誤差を補償するのに使用される。レーザ測距装置１２及びジャイロ１６の計測値、即ち、ヘリコプタ１０からレーザ反射点迄の距離、レーザ測距装置１２からのレーザ照射角度、及びヘリコプタ１０の姿勢を演算することで、レーザ反射点をヘリコプタ１０から見た相対的な３次元位置を算出できる。ＧＰＳ受信装置１８により計測されるヘリコプタ１０の３次元位置を使うことで、レーザ測距装置１２及びジャイロ１６の測定結果から得られるレーザ反射点の３次元位置を、地球座標系等の一定の座標系に変換できるようになる。
【００２６】
記録媒体２２に記録された計測データは、地上で再生され、データ処理装置３０に入力される。データ処理装置３０の主要な機能は、コンピュータのソフトウエアで実現されるが、勿論、その一部又は全部をハードウエア又はファームウエア（例えば、デジタル信号処理（ＤＳＰ）チップのソフトウエア）で実現できることは明らかである。
【００２７】
３次元座標算出装置３２は、記録装置２０の記録媒体２２から再生された、レーザ測距装置１２による計測データ（距離と照射角度、ファースト／ラストの区別）、ジャイロ１６により計測されたヘリコプタ１０の姿勢、及びＧＰＳ受信装置１８によるヘリコプタ１０の３次元位置データから、ＤＳＭデータとＤＴＭデータを生成する。
【００２８】
具体的には、３次元座標算出装置３２は、ラストパルスの計測値からＤＴＭデータを生成し、ファーストパルスの計測値からＤＳＭデータを生成する。ファーストパルスとラストパルスの区別がない場合、計測点のデータは、ＤＴＭデータであり且つＤＳＭデータである。また、３次元座標算出装置３２は、ＤＳＭデータとＤＴＭデータの分離に、例えば、特許文献２に記載の技術を利用してもよい。
【００２９】
レーザ測距装置１２によるレーザの反射点は、一般に、均等な間隔にならない。レーザ測距装置１２、ジャイロ１６及びＧＰＳ受信器１８による３次元位置計測の精度と、本実施例の目的である樹木の分離の精度を勘案すると、ＤＳＭデータ及びＤＴＭデータを、これらよりも粗い又は同程度の等間隔のメッシュサイズ（例えば、０．２５ｍ×０．２５ｍ乃至５ｍ×５ｍ等）に変換しておくのが便利である。そこで、３次元座標算出装置３２は、レーザ反射点の位置データを適宜に間引き又は補間して、ＤＳＭデータ及びＤＴＭデータを適当なサイズの正方格子状のメッシュデータとして記憶装置３４に格納する。メッシュサイズは、目的の樹木に応じて適宜に選択され得る。記憶装置３４は、代表的にはハードディスク装置である。３次元座標算出装置３２の機能は、コンピュータソフトウエアのみで実現できる。
【００３０】
梢端抽出装置３６、樹頂抽出装置３８、樹高算出装置４０及び樹冠抽出装置４２が、順次的に動作して、記憶装置３４に格納されたＤＳＭメッシュデータ及びＤＴＭメッシュデータから、個々の樹木の樹冠を示すデータを生成する。
【００３１】
本実施例では、梢端抽出装置３６が、記憶装置３４のＤＳＭメッシュデータから梢端を抽出する。樹頂抽出装置３８は、梢端抽出装置３６により抽出された梢端から樹頂となる梢端を抽出する。樹高算出装置４０は、抽出された樹頂の標高とＤＴＭデータ（地上面の標高を示すデータ）から樹高を算出する。樹冠抽出装置４２は、樹頂抽出装置３８で抽出された樹頂とＤＳＭメッシュデータとから、個々の樹木の樹冠を抽出し、３次元数値モデル化された樹冠データを出力する。
【００３２】
梢端抽出装置３６の動作を説明する。図２は、梢端抽出装置３６の動作フローチャートを示す。
【００３３】
梢端抽出装置３６は、先ず、対象領域を正方眼のタイルに区分し、そのタイル単位で最も標高の高い梢端を抽出する。そのために、先ず、ｐをタイル化の最小タイルサイズ、ｑをタイル化の最大タイルサイズ、ｒをタイルサイズの変更サイズ、即ち増分と設定する（Ｓ１）。最大タイルサイズｑは、分離して抽出しようとする樹木間の標準的な距離より短い距離に設定される。最小タイルサイズｐは、勿論、最大タイルサイズｑよりも小さい。タイルサイズｐ，ｑは、計算量に直結するので、対象に応じて適宜に設定され得る。一例では、０．２５ｍ×０．２５ｍのＤＳＭメッシュデータに対し、ｐは１．０ｍ、ｑは５．０ｍ、ｒは０．２５ｍである。
【００３４】
記憶装置３４から対象地域のＤＳＭメッシュデータ３４ａを読込み（Ｓ２）、対象地域のサイズを知るために、ＤＳＭメッシュデータ３４ａの最小水平座標（例えば、最小緯度と最小経度）及び最大水平座標（例えば、最大緯度と最大経度）を獲得する（Ｓ３）。タイルサイズを示す変数ｍに最小タイルサイズｐを代入する（Ｓ４）。
【００３５】
対象地域をタイル変数ｍのサイズで正方眼のタイルに分割する（Ｓ５）。各タイル内で最高標高位置のデータを抽出し、梢端としてその水平位置（緯度と経度）を記憶する（Ｓ６）。タイルサイズをｒだけ増やす（Ｓ７）。増加後のタイルサイズｍがｑより小さい場合には（Ｓ８）、ステップＳ５、Ｓ６及びＳ７を繰り返す。各タイルサイズで最高標高位置と判定されたＤＳＭメッシュデータの水平位置データが、梢端として累積的に記憶装置３４に一時記憶される。即ち、記憶装置３４の梢端データベース３４ｃには、各タイルサイズで検出された全梢端を示すＤＳＭメッシュデータが格納される。
【００３６】
ステップＳ４〜Ｓ８の処理により、タイルサイズｐ乃至ｑのタイルで対象地域を区分した場合に、各タイルにおける最高標高の梢端を検出できる。１つのタイルサイズでＤＳＭメッシュデータを区切る方法では、タイルの区切り位置により、梢端を見逃してしまうことがありうる。しかし、本実施例のステップＳ４〜Ｓ８による方法では、複数のタイルサイズを試行することで、タイル区分位置を掃引したのと同視でき、タイル区切り位置に依存するエラーを防止できる。また、大きさの異なる複数の樹種にそのまま対応可能になる。
【００３７】
１つのタイルサイズしか使用しない場合でも、互いのタイルが重複するようにタイルの区切り位置を掃引して、複数回の最高標高点の探索を繰り返すことで、タイルの区切り位置に依存するエラーを防止できる。この方法では、目的の樹種に応じたタイルサイズを予め選択する必要がある。
【００３８】
図２に示す処理は、いわば、ＤＳＭデータの標高ピークをタイルサイズｐ乃至ｑでサンプリングする処理と見做すことができる。また、樹木の内部の枝葉を示すＤＳＭデータを除外する処理、即ち、樹木の表層を抽出する処理でもある。
【００３９】
梢端抽出装置３６で抽出された梢端を特定するデータが、記憶装置３４の梢端データベース３４ｃに登録される。梢端データベース３４ｃは、抽出された梢端を特定する識別番号（東西と南北などの２方向のメッシュ番号等）と、その３次元位置データとからなる。梢端を特定する識別番号は、例えば、東西と南北などの２方向のメッシュ番号である。勿論、梢端の識別番号をキーとして梢端の３次元位置データをＤＳＭデータ３４ａから参照できる場合には、梢端データベース３４ｃに３次元位置データは不要である。
【００４０】
梢端データベース３４ｃに登録される梢端の中に、樹林の樹頂を示す梢端がある。樹頂抽出装置３８は、図３に示すフローに従って、樹頂を示す梢端を抽出する。
【００４１】
梢端データベース３４ｃに登録される梢端の数を変数Ｎに代入し、同一樹木に属する梢端かどうかの判定閾値となる距離を変数Ｄに代入する（Ｓ１１）。閾値Ｄは対象の樹種によるが、例えば、スギの場合で、１．５ｍである。また、注目する梢端を示す変数ｎを０で初期化する（Ｓ１１）。
【００４２】
梢端ｎから距離Ｄ内にある他の梢端を探索する（Ｓ１２）。注目する梢端ｎと、ステップＳ１２で発見された他の梢端の中で、最も標高の高い梢端を、樹頂として記憶装置３４の樹頂データベース３４ｄに登録する（Ｓ１３）。このとき、最も標高の高い梢端以外の梢端を最も標高の高い梢端に統合し、これらの梢端を以後の探索の対象から除外しても良い。こうすることで、樹頂探索の処理時間を短縮できる。
【００４３】
樹頂データベース３４ｄは、樹頂となる梢端を特定する識別番号と、その３次元位置データとからなる。勿論、識別番号をキーとして樹頂の３次元位置データをＤＳＭデータ３４ａから参照できる場合には、樹頂データベース３４ｄに３次元位置データは不要である。
【００４４】
変数ｎをインクリメントし（Ｓ１４）、次の梢端ｎについても、同様に、距離Ｄ内の最高標高の梢端候補を探索し、記憶する（Ｓ１２，Ｓ１３）。次の梢端ｎがステップＳ１２，Ｓ１３の処理対象となっている場合には、再度、変数ｎをインクリメントするようにしてもよい。
【００４５】
全梢端についてステップＳ１２，Ｓ１３を実行したら、樹頂抽出装置３８は、抽出動作を終了する。この終了時点で、記憶装置３４の樹頂データベース３４ｄには、対象地域内で樹頂を示す梢端が登録されている。
【００４６】
樹高算出装置４０は、樹頂データベース３４ｄに登録される各樹頂について、樹高を算出する。具体的には、樹高算出装置４０は、各樹頂の標高値（ＤＳＭメッシュデータの各樹頂に対応するメッシュ上の標高値）から、同じメッシュ位置のＤＴＭメッシュデータの標高値を減算する。算出された各樹冠の樹高データ３４ｅは、記憶装置３４に格納される。図４は、樹高算出の概念を示す側面図である。メッシュ化されていないＤＳＭデータ又はＤＴＭデータを利用している場合、各樹頂の地面の標高を周囲のＤＴＭデータから補間して求めれば、その値を樹頂の標高から減算すれば、樹高を算出できる。
【００４７】
樹冠抽出装置４２は、樹頂データベース３４ｄに登録される各樹頂について、樹冠を抽出する。図５は、樹冠抽出装置４２の動作フローチャートを示す。本実施例では、樹冠の抽出に公知のWaterShedアルゴリズムを適用する。図６は、WaterShedアルゴリズムによる樹冠抽出の概念を示す側面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【００４８】
樹頂データベース３４ｄに登録される樹頂数を変数Ｎに代入し、樹頂を示す変数ｎに０をセットする（Ｓ２１）。
【００４９】
落水の方向を示す変数ｋを０で初期化する（Ｓ２２）。本実施例では、落水の方向は、０度、４５度、９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度及び３１５度の８種類である。ｋ＝０は方向０度を示し、ｋ＝７は３１５度を示す。
【００５０】
樹頂ｎに対し、梢端データベース３４ｃを参照して方向ｋに落水線を描き、最低標高のＤＳＭデータを探索する（Ｓ２３）。ステップＳ２３では、最低地上高を設定しておき、その最低地上高よりも低い位置に落水線が到達した時点で、探索を終了し、終了時点の位置を最低標高とする。樹種にもよるが、設定した最低地上高は、例えば、７ｍである。
【００５１】
ｋをインクリメントし（Ｓ２４）、同様に最低標高を探索する（Ｓ２３）。
【００５２】
８方向の探索が終了したら（Ｓ２５）、各方向の最低標高（ｎ，０）〜（ｎ，７）を結んで樹頂ｎの樹冠の底辺とする（Ｓ２６）。これにより、樹冠の低端を数値表現するベクトルデータが得られ、樹頂ｎの３次元位置データと組み合わせて、樹頂ｎを有する樹木の樹冠を数値表現するデータを得ることができる。
【００５３】
ｎをインクリメントし（Ｓ２７）、ｎがＮより小さければ（Ｓ２８）、次の樹頂に対して、ステップＳ２２〜Ｓ２６を繰り返す。全樹頂に対して樹冠を抽出したら（Ｓ２８）、終了する。
【００５４】
計算の容易さと高速化から、予めメッシュ化したＤＳＭデータ及びＤＴＭデータを利用したが、ランダムに点在するＤＳＭデータ及びＤＴＭデータを使っても、同様の原理に基づき、樹木を抽出・分離し、数値モデル化することができる。
【００５５】
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。
【図２】梢端抽出装置３６の動作フローチャートである。
【図３】樹頂抽出装置３８の動作フローチャートである。
【図４】樹高算出の模式図である。
【図５】樹冠抽出装置４２の動作フローチャートである。
【図６】樹冠抽出の概念を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０：ヘリコプタ
１２：レーザ測距装置
１４：ジャイロ
１８：ＧＰＳ受信装置
２０：記録再生装置
２２：記録媒体
３０：データ処理装置
３２：３次元座標算出装置
３４：記憶装置
３４ａ：ＤＳＭデータ
３４ｂ：ＤＴＭデータ
３４ｃ：梢端データベース
３４ｄ：樹頂データベース
３４ｅ：樹高データベース
３４ｆ：樹冠データベース
３６：梢端抽出装置
３８：樹頂抽出装置
４０：樹高算出装置
４２：樹冠抽出装置
【図１】
2007198760.tif 000003
【図２】
2007198760.tif 000004
【図３】
2007198760.tif 000005
【図４】
2007198760.tif 000006
【図５】
2007198760.tif 000007
【図６】
2007198760.tif 000008